有谁用过CP2K的umbrella integration，求分享一下经验

chands

umbrella integration可以计算体系的自由能变，但是CP2K手册一如既往写得云里雾里糊里糊涂。CP2K group上也没什么有用信息。

umbrella_integration模块在FREE_ENERGY下

1. &MOTION
   
2.       &FREE_ENERGY
   
3.             &UMBRELLA_INTEGRATION
   
4.                   &UVAR
   
5.                         COLVAR 1
   
6.                   &END UVAR
   
7. 
   
8.                   &CONVERGENCE_CONTROL
   
9. 
   
10.                   &END CONVERGENCE_CONTROL
    
11.             &END UMBRELLA_INTEGRATION
    
12.       &END FREE_ENERGY
    
13. &END MOTION

复制代码

其中%UVAR设定要计算的collective variable，%CONVERGENCE_CONTROL设定收敛条件。

按照原理，要做一个umbrella sampling，设定collective variable，还要一个二次的偏置势（restraint）。看来看去是在%MOTION下面，例如

1. &MOTION
   
2.       &CONSTRAINT
   
3.             &COLLECTIVE
   
4.                   COLVAR 1
   
5.                   INTERMOLECULAR
   
6.                   TARGET [angstrom] 10.0
   
7.             &END COLLECTIVE
   
8.             &RESTRAINT
   
9.                   K [kcalmol] 100
   
10.             &END RESTRAINT
    
11.       &END CONSTRAINT

复制代码

我设定了5000步的MD，跑了一通，出了5001个metadynLog文件（每一步MD出一个），里面除了第一列MD步数之外都是零。XYZ文件是出来了。我试过打印Lagrange_Multiplier，但是出来的Lagrange_Multiplier也是零。

哪位老师用过umbrella integration，分享一下经验。
（个人感觉这个umbrella integration模块只有一个框架，还没写好……（逃））
（附件是我用官网thermodynamic integration的例子（exercises:2018_uzh_acpc2:prot_fol [CP2K Open Source Molecular Dynamics ]）魔改了一个测试算例）

Daniel_Arndt

thermodynamic integration的话，应该可以看看 https://doi.org/10.1039/C1CP21244C 、https://doi.org/10.1021/ja311144d 。

chands

Daniel_Arndt 发表于 2025-5-27 15:19
thermodynamic integration的话，应该可以看看 https://doi.org/10.1039/C1CP21244C 、https://doi.org/10. ...

thermodynamic integration 好办，但是这个umbrella integration像个半拉子工程

Exodus

使用plumed来做应该方便一些

Daniel_Arndt

chands 发表于 2025-5-27 15:29
thermodynamic integration 好办，但是这个umbrella integration像个半拉子工程

如果你说的umbrella integration是从umbrella sampling的数据得到potential of mean force的一种方法的话，那你应该看Johannes Kästner的文章，因为他提出了这种方法。

一般情况下，大家喜欢用WHAM从umbrella sampling的数据得到potential of mean force。

chands

Daniel_Arndt 发表于 2025-5-30 11:43
如果你说的umbrella integration是从umbrella sampling的数据得到potential of mean force的一种方法的话 ...

我看过他的文章 J. Chem. Phys. 123, 144104 (2005)
umbrella integration是WHAM的一种改进，给出的势能会平滑一点。
CP2K的metadynamics模块比较成熟、thermodynamic integration也能用，这个umbrella integration好像没弄好。